WO2023075343A1 - 전극 조립체 합지 롤러 - Google Patents

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WO2023075343A1
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electrode assembly
roller
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electrode
center
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김동찬
김준완
이승규
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode assembly bonding roller for bonding an electrode and a separator.
  • secondary batteries are also classified according to the structure of the electrode assembly of the cathode/separator/cathode structure.
  • a jelly structure in which long sheet-shaped cathodes and cathodes are wound with a separator interposed therebetween.
  • -Roll (wound type) electrode assembly stacked (stacked) electrode assembly in which a plurality of positive electrodes and negative electrodes cut in units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween, positive electrodes and negative electrodes of a predetermined unit with a separator interposed therebetween
  • a stack/folding type electrode assembly having a structure in which bi-cells or full cells stacked in one state are wound with a separator sheet may be mentioned.
  • the electrode assembly composed of an anode/separator/cathode may be simply laminated, but a structure in which a plurality of electrodes (anode and cathode) are laminated with a separator interposed and then laminated by heating/pressing. may be made with
  • the lamination of the electrode and the separator is achieved by heating and pressurizing the adhesive layer applied on the separator and the electrode in a state of facing each other. Therefore, the separator is generally coated with a binder material to improve adhesion to the electrode.
  • an electrode taken out from an electrode roll and cut is generally placed on a separator sheet, and a lamination roller presses and heats the separator sheet and the electrode to bond the electrode and the separator sheet.
  • the separator sheet is cut while the electrodes are adhered to complete the electrode assembly.
  • both ends in the width direction of the electrode assembly is thinner than the thickness of the center portion, pressing and heating are not sufficiently performed compared to the center portion, so that adhesive strength at both ends in the width direction may decrease.
  • an object of the present invention is to provide an electrode assembly laminating roller capable of improving the adhesive strength of both ends of the electrode assembly in the full width direction.
  • the present invention is an electrode assembly laminating roller for laminating an electrode and a separator
  • the lamination roller is centered relative to the longitudinal direction; And a distal end located at both ends of the center; includes,
  • the lamination roller includes a heating member therein,
  • the surface temperature of the distal portion provides an electrode assembly laminating roller, characterized in that the surface temperature of the central portion is expressed higher.
  • the length of the laminating roller may have a length corresponding to the length of the electrode assembly in the longitudinal direction excluding the tab.
  • the surface temperature of the end portion may be 10 to 30 °C higher than the surface temperature of the central portion.
  • the surface temperature of the end portion is expressed as 60 to 80 °C
  • the surface temperature of the center portion may be expressed as 40 to 60 °C.
  • the material of the central part and the distal part may be different from each other.
  • the material of the distal portion may have higher thermal conductivity than the material of the central portion.
  • the heating member may apply heat of the same temperature to the central part and the distal part, or may develop a surface temperature of the distal part higher than that of the central part.
  • the material of the central part and the distal part may be the same as each other.
  • the heating member may be to develop a surface temperature higher than the surface temperature of the central portion of the distal portion.
  • the ratio of the length of each end to the center may be 2:1 to 5:1.
  • the laminating roller may pressurize and heat the separator and the electrode that are fed in the full width direction of the electrode assembly.
  • the electrode assembly may be a bi-cell.
  • the laminating roller may be made of a pair including an upper laminating roller and a lower laminating roller.
  • the laminating roller may be one or more pairs.
  • the surface temperature of the distal end located at both ends of the center is higher than the surface temperature of the center, so that the problem of adhesiveness deterioration occurring at both ends in the full width direction of the electrode assembly can be improved.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating a manufacturing process of an electrode assembly.
  • FIG. 2 is a perspective view of an electrode assembly laminating roller according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a photograph of an electrode assembly.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating a manufacturing process of a general electrode assembly.
  • 1 shows a manufacturing process of a monocell composed of one electrode and one separator.
  • an electrode 121 taken out and cut from an electrode roll 120 is disposed on a separator sheet 111 taken out from a separator roll 110, and an electrode disposed on the separator sheet 111 While moving to the heating and pressing section 130, the electrode 121 and the separator sheet pass through the lamination roller 140 that heats and presses the separator sheet 111 and the electrode 121 to laminate them. (111) is combined.
  • the separator sheet 111 is cut while the electrodes 121 are attached thereto, thereby completing the electrode assembly 151.
  • Electrodes 121 shows the process of stacking the electrode 121 on the separator sheet 111, but, unlike this, electrodes may be placed on the separator cut into unit separators and then laminated. am.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an electrode assembly laminating roller 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the electrode assembly bonding roller 200 is to bond an electrode and a separator, and includes a central portion 210 in the longitudinal direction; and distal end portions 220 located at both ends of the central portion 210, and the surface temperature of the distal portion 220 may be higher than that of the central portion 210.
  • the laminating roller 200 may include a heating member (not shown) therein.
  • the electrode is disposed on the separator, and in this case, the length of the separator in the full width direction is longer than the length of the electrode in the full width direction. Accordingly, both ends of the electrode assembly in the width direction are not sufficiently heated and pressurized by the lamination roller compared to the center, so that lamination at both ends in the width direction of the electrode assembly is not properly performed, and there is a problem in that adhesive strength is lowered. In addition, when manufacturing a bi-cell type electrode assembly, the thickness of both ends of the electrode assembly in the width direction is thinner than the thickness of the central portion, and the above problem may occur.
  • FIG. 3 is a photograph of the electrode assembly, where F is both ends of the electrode assembly in the full width direction.
  • the conventional laminating roller has the same temperature applied to the center of the laminating roller and the distal end located at both ends of the center, and the material of the center and the end is the same, so the above problem could not be solved.
  • the surface temperature of the distal end 220 is higher than the surface temperature of the central part 210, so that both ends of the electrode assembly in the width direction have a higher temperature than the central part.
  • the surface temperature of the distal end 220 may be 10 to 30 ° C higher than the surface temperature of the central part 210 . In the above temperature range, the adhesive strength of both ends of the electrode assembly in the width direction may be improved.
  • the surface temperature of the distal end 220 is higher than the surface temperature of the central part 210 by less than 10 ° C, the effect of improving the adhesive strength of both ends in the width direction of the electrode assembly is insignificant, and the surface temperature of the distal part 220 is higher than the central part 220.
  • the surface temperature of (210) is higher than 30 ° C., the binder material in the separator melts and can block the pores of the separator.
  • the surface temperature of the distal end 220 is expressed as 60 to 80 ° C, and the surface temperature of the center 210 may be expressed as 40 to 60 ° C.
  • Materials of the central portion 210 and the distal portion 220 may be different from each other, and the material of the distal portion 220 may be a material having higher thermal conductivity than that of the central portion 210 . Specifically, the thermal conductivity of the material of the end portion 220 may be higher than that of the material of the central portion 210 by 3 to 20 W/mK.
  • the material of the end portion 220 may be carbon steel for machine structure or carburizing steel, for example, S45C or S50C.
  • the material of the central part 210 may be carbon steel for mechanical structure, for example, S45C or S15CK.
  • the thermal conductivity of the S45C is 49.8W/mK
  • the thermal conductivity of the S50C is 52W/mK
  • the thermal conductivity of the S15CK is 32W/mK.
  • the heating member applies the same temperature to the central part 210 and the distal part 220, or the surface temperature of the distal part 220 It may be to express higher than the surface temperature of the central portion 210.
  • the heating member applies the same temperature to the central portion 210 and the distal portion 220, since the material of the distal portion 220 has higher thermal conductivity than the material of the central portion 210, the surface temperature of the distal portion 220 is the central ( 210) can be expressed higher than the surface temperature.
  • one heating member may be included in the electrode assembly laminating roller 200 . Accordingly, the heat distribution is linearly distributed in the electrode assembly laminating roller 200, and a rapid difference in surface temperature does not occur for each position of the electrode assembly, thereby preventing damage to the electrode assembly.
  • the material of the end portion 220 and the material of the central portion 210 may be the same.
  • the heating member may cause the surface temperature of the distal part 220 to be higher than that of the central part 210 .
  • heating members having different calorific values may be used inside the distal part 220 and the central part 210. That is, the heating member included in the distal end 220 may have a higher heating value than the heating member included in the central portion 210 .
  • a plurality of heating members having different calorific values may be used, or a heating member providing different calorific values depending on the positions of the end portion 220 and the central portion 210 may be used as one heating member.
  • sufficient space In order to insert the plurality of heating members, sufficient space must be secured inside the end portion 220 and the center portion 210, and for this purpose, the empty space inside the end portion 220 and the center portion 210 must be expanded.
  • the weight of the lamination roller 200 decreases, and as a result, the pressure applied to the electrode and the separator decreases, so that lamination of the electrode and the separator may not be performed.
  • manufacturing is complicated, and damage may occur to the electrode assembly due to a rapid temperature difference applied to the central portion and both ends of the electrode assembly.
  • the material of the distal end 220 and the center 210 are different from each other, the material of the distal end 220 has higher thermal conductivity than the material of the center 210, and the heating It may be most preferable that heat of the same temperature is applied to the central portion 210 and the distal portion 220 of the member.
  • the heating member may be a cartridge insertion type heater, a sheath heater or an induction heating heater, but is not limited thereto.
  • the sheath heater heats the outer cylinder with radiant heat by winding a coil around an inner core.
  • the coil is located at the center 210 and the end 220.
  • the electrode assembly is a single cell composed of one electrode and one separator, a mono-cell in which a separator is interposed between an anode and a cathode, or three electrodes having different polarities of adjacent electrodes. It may be a bi-cell in which two separators are interposed between the electrodes, and the mono-cell and bi-cell are further added to the other side of the electrode that does not face the separator interposed between the electrodes. form may be included.
  • the bi-cell is a cell in which the same electrode is located at the outermost electrode, such as a unit cell of an anode/separator/cathode/separator/anode and a unit cell of cathode/separator/anode/separator/cathode.
  • a unit cell with an anode/separator/cathode/separator/anode structure is defined as an "A-type bi-cell”
  • a unit cell with a cathode/separator/anode/separator/cathode structure is defined as a "C-type bi-cell”. That is, a cell in which the electrode positioned at the center of the bi-cell is a cathode is referred to as an A-type bi-cell, and a cell with an anode is referred to as a C-type bi-cell.
  • the type of the electrode assembly is not particularly limited, but may preferably be a bi-cell.
  • the electrode assembly may include a tab, and more specifically, the positive electrode may include a positive electrode tab and the negative electrode may include a negative electrode tab.
  • the length of the laminating roller 200 may have a length corresponding to the length of the electrode assembly in the longitudinal direction excluding the tab.
  • the length of the laminating roller 200 may be the same as the length of the electrode assembly excluding the tab in the longitudinal direction, or 1 to 1.1 times, preferably 1: 1.05 times the length of the electrode assembly excluding the tab in the longitudinal direction.
  • a length ratio of the central portion 210 to the distal portion 220 may be 2:1 to 5:1.
  • an electrode assembly laminating roller according to an embodiment of the present invention (200) may be to pressurize and heat the separator and the electrode that are fed in the full width direction of the electrode assembly.
  • the distal end of the lamination roller 200 is in contact with both ends of the separator and the electrode in the full width direction, and by heating and pressurizing them, the problem of deterioration in adhesive strength occurring at both ends in the full width direction can be improved.
  • the conventional electrode assembly laminating roller had 70 to 80% of the adhesive strength of both ends in the width direction compared to the adhesive strength of the center of the electrode assembly.
  • the electrode assembly laminating roller 200 according to an embodiment of the present invention may have 85 to 95% of the adhesive strength of both ends in the width direction compared to the adhesive strength of the center of the electrode assembly. That is, the electrode assembly laminating roller 200 according to an embodiment of the present invention can improve the adhesive strength of both ends of the electrode assembly in the full width direction.
  • the laminating roller 200 may be composed of a pair including an upper laminating roller and a lower laminating roller, and the laminating roller may be one or more pairs.
  • the laminating roller 200 may be composed of two or more pairs, and n laminating rollers 200 may be formed from the first laminating roller through which the electrode and the separator first pass through to the n-th laminating roller sequentially disposed. can be placed.
  • the lamination roller 200 may set a time for pressurizing and heating the electrode and the separator, and may also have a rotational speed adjustable.
  • a laminating roller including a central portion and an end portion located at both ends of the central portion based on the longitudinal direction of the laminating roller was manufactured.
  • the material of the center part was S15CK
  • the material of the end part was made of S45C
  • a cartridge insert type heater was used as a heating member.
  • the length ratio of the central part and each end part was 3:1, and the surface temperature expressed in the central part was 60 ° C, and the surface temperature expressed in the distal part was 80 ° C.
  • the material of the central and distal parts was S45C, the heating member was a cartridge insertion type heater, and the electrode assembly laminating roller was manufactured in which the surface temperature of the central and distal parts was expressed as 80 ° C.
  • Each electrode assembly was prepared by laminating the electrode and the separator using the electrode assembly laminating roller prepared in Example 1 and Comparative Example 1.
  • the length of the electrode assembly in the longitudinal direction was the same as the length of the electrode assembly laminating roller of Example 1 and Comparative Example 1.
  • the separator and the electrode were fed in their entire width direction, and the lamination rollers of Example 1 and Comparative Example 1 heated and pressed the lamination roller to prepare each electrode assembly.
  • the electrode assembly laminating roller according to an embodiment of the present invention can improve the adhesive strength of both ends of the electrode assembly in the full width direction.

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Abstract

본 발명은 전극과 분리막을 합지하는 전극 조립체 합지 롤러로서, 상기 합지 롤러는 길이 방향을 기준으로 중심부; 및 상기 중심부의 양 끝단에 위치하는 말단부;를 포함하며, 상기 말단부의 표면 온도는 중심부의 표면 온도 보다 높게 발현되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 합지 롤러에 관한 것이다.

Description

전극 조립체 합지 롤러
본 출원은 2021년 10월 26일자 한국 특허출원 제10-2021-0143770호 및 2022년 10월 24일자 한국 특허출원 제10-2022-0137063호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용을 본 명세서의 일부로서 포함한다.
본 발명은 전극과 분리막을 합지하는 전극 조립체 합지 롤러에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극 조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리막 시트로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체 등을 들 수 있다.
양극/분리막/음극으로 이루어져 있는 전극 조립체는, 단순히 적층된 구조로 이루어질 수도 있지만, 다수의 전극(양극 및 음극)들을 분리막이 개재된 상태에서 적층한 후 가열/가압에 의해 합지(lamination)시킨 구조로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 전극과 분리막의 합지는 분리막 상에 도포된 접착층과 전극을 상호 대면한 상태에서 가열 및 가압함으로써 달성된다. 따라서, 분리막에는 일반적으로 전극과의 접착력을 향상시키기 위하여 바인더 물질이 코팅된다.
상기 전극과 분리막의 합지 공정은 일반적으로 분리막 시트 상에 전극롤에서 취출되어 절단된 전극이 배치되고, 합지 롤러가 상기 분리막 시트와 전극을 가압 및 가열하여 전극과 분리막 시트를 접착시킨다. 상기 분리막 시트는 전극이 접착된 상태에서 컷팅되어 전극 조립체를 완성한다.
그러나 상기 전극 조립체의 전폭 방향 양 끝단의 두께는 중심부의 두께 보다 얇아 중심부에 비해 가압 및 가열이 충분히 이루어지지 않으므로, 전폭 방향 양 끝단의 접착력이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 이와 같은 문제를 해결하기 위한 필요성이 높은 실정이다.
[선행문헌]
[특허문헌]
대한민국 등록특허공보 제10-1361675호
대한민국 공개특허공보 제10-2018-0023185호
상기 문제를 해결하기 위하여 다각적으로 연구를 수행한 결과, 합지 롤러의 중심부의 표면 온도 보다 중심부의 양 끝단에 위치하는 말단부의 표면 온도를 높게 하면 전극 조립체의 전폭 방향 양 끝단의 접착력을 개선시킬 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 전극 조립체의 전폭 방향 양 끝단의 접착력을 개선시킬 수 있는 전극 조립체 합지 롤러를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 전극과 분리막을 합지하는 전극 조립체 합지 롤러로서,
상기 합지 롤러는 길이 방향을 기준으로 중심부; 및 상기 중심부의 양 끝단에 위치하는 말단부;를 포함하며,
상기 합지 롤러는 내부에 가열부재를 포함하며,
상기 말단부의 표면 온도는 중심부의 표면 온도 보다 높게 발현되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 합지 롤러를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 합지 롤러의 길이는 탭을 제외한 전극 조립체의 전장 방향 길이에 상응하는 길이를 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 말단부의 표면 온도는 중심부의 표면 온도 보다 10 내지 30℃ 높게 발현되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 말단부의 표면 온도는 60 내지 80℃로 발현되며, 중심부의 표면 온도는 40 내지 60℃로 발현되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 중심부 및 말단부의 소재는 서로 상이한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 말단부의 소재는 중심부의 소재 보다 열 전도도가 높은 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 가열부재는 상기 중심부 및 말단부에 동일한 온도의 열을 가하는 것, 또는 상기 말단부의 표면 온도를 중심부의 표면 온도 보다 높게 발현시키는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 중심부 및 말단부의 소재는 서로 동일한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 가열부재는 상기 말단부의 표면 온도를 중심부의 표면 온도 보다 높게 발현시키는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 중심부 대비 각 말단부의 길이 비율은 2:1 내지 5:1인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 합지 롤러는 전극 조립체의 전폭 방향으로 피딩되는 분리막 및 전극을 가압 및 가열하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 전극 조립체는 바이셀인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 합지 롤러는 상부 합지 롤러 및 하부 합지 롤러를 포함하는 한 쌍으로 이루어진 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 합지 롤러는 한 쌍 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 전극 조립체 합지 롤러는 중심부의 표면 온도 보다 중심부의 양 끝단에 위치하는 말단부의 표면 온도가 높게 발현되어, 전극 조립체의 전폭 방향 양 끝단에서 발생하는 접착력 저하 문제를 개선시킬 수 있다.
도 1은 전극 조립체의 제조 과정을 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 합지 롤러의 사시도이다.
도 3은 전극 조립체의 사진이다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 일반적인 전극 조립체의 제조 과정을 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 1은 한 개의 전극과 한 개의 분리막으로 구성되는 모노셀의 제조 과정을 나타낸 것이다.
도 1을 참고하면, 분리막롤(110)에서 취출되는 분리막 시트(111) 상에 전극 롤(120)에서 취출되어 절단된 전극(121)이 배치되고, 상기 분리막 시트(111) 상에 배치된 전극(121)이 가열 및 가압 구간(130)으로 이동하면서 상기 분리막 시트(111) 및 전극(121)을 가열 및 가압하여 합지(lamination)시키는 합지 롤러(140)를 통과하면서 전극(121)과 분리막 시트(111)가 합지된다.
이후, 분리막 시트(111)는 전극(121)이 접착된 상태에서 컷팅되어 전극 조립체(151)가 완성된다.
도 1은 분리막 시트(111) 상에 전극(121)이 적층되는 과정을 도시하고 있으나, 이와 달리, 단위 분리막으로 절단된 분리막 상에 전극을 배치한 후, 이를 합지하는 단계를 진행할 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 합지 롤러(200)를 나타낸 사시도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 합지 롤러(200)는 전극과 분리막을 합지하는 것으로, 길이 방향을 기준으로 중심부(210); 및 상기 중심부(210)의 양 끝단에 위치하는 말단부(220)을 포함할 수 있으며, 상기 말단부(220)의 표면 온도는 중심부(210)의 표면 온도 보다 높게 발현되는 것일 수 있다.
또한, 상기 합지 롤러(200)는 내부에 가열부재(미도시)를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 전극 조립체 제조 과정에서 분리막에 전극을 배치하며, 이 때 전극의 전폭 방향 길이 보다 분리막의 전폭 방향 길이가 더 길다. 그에 따라 전극 조립체의 전폭 방향 양 끝단은 중심부에 비해 합지 롤러에 의한 가열 및 가압이 충분히 이루어지지 않아 전극 조립체의 전폭 방향 양 끝단의 합지가 제대로 이루어지지 않으며, 접착력이 저하되는 문제가 있다. 또한, 바이셀 형태의 전극 조립체를 제조할 때, 전극 조립체의 전폭 방향 양 끝단의 두께는 중심부의 두께 보다 얇아, 상기의 문제가 발생할 수 있다.
도 3은 전극 조립체의 사진이며, F는 전극 조립체의 전폭 방향 양 끝단이다.
종래의 합지 롤러는 합지 롤러의 중심부 및 상기 중심부의 양 끝단에 위치하는 말단부에 가해지는 온도가 동일하고, 중심부와 말단부의 소재도 동일하여 상기 문제를 해결할 수 없었다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 합지 롤러(200)는 말단부(220)의 표면 온도를 중심부(210)의 표면 온도 보다 높게 발현시켜 전극 조립체의 전폭 방향 양 끝단에 중심부 보다 높은 온도가 가해지게 함으로써, 전극 조립체의 전폭 방향 양 끝단에서 발생하는 접착력 저하의 문제점을 해결하고자 하였다.
그러므로, 상기 말단부(220)의 표면 온도는 중심부(210)의 표면 온도 보다 10 내지 30℃ 높게 발현될 수 있다. 상기 온도 범위에서 전극 조립체의 전폭 방향 양 끝단의 접착력을 향상시킬 수 있다.
만약, 말단부(220)의 표면 온도가 중심부(210)의 표면 온도 보다 10℃ 미만으로 높게 발현되면 전극 조립체의 전폭 방향 양 끝단의 접착력을 향상 효과가 미미하며, 말단부(220)의 표면 온도가 중심부(210)의 표면 온도 보다 30℃를 초과하여 높게 발현되면 분리막에 있는 바인더 물질이 용융되어 분리막의 기공을 막을 수 있다.
상기 말단부(220)의 표면 온도는 60 내지 80℃로 발현되며, 중심부(210)의 표면 온도는 40 내지 60℃로 발현될 수 있다.
상기 중심부(210) 및 말단부(220)의 소재는 서로 상이할 수 있으며, 상기 말단부(220)의 소재는 중심부(210)의 소재 보다 열 전도도가 높은 소재일 수 있다. 구체적으로, 상기 말단부(220)의 소재의 열 전도도는 중심부(210)의 소재의 열 전도도 보다 3 내지 20W/mK 높은 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 말단부(220)의 소재는 기계 구조용 탄소강 강재 또는 침탄전용 강재일 수 있으며, 예를 들어 S45C 또는 S50C일 수 있다. 또한, 상기 중심부(210)의 소재는 기계 구조용 탄소강 강재일 수 있으며, 예를 들어 S45C 또는 S15CK일 수 있다.
상기 S45C의 열전도도는 49.8W/mK이고, S50C의 열전도도는 52W/mK이고, 상기 S15CK의 열전도도는 32W/mK이다.
상기 말단부(220)의 소재가 중심부(210)의 소재 보다 열 전도도가 높은 소재이면, 가열 부재는 중심부(210) 및 말단부(220)에 동일한 온도를 가하는 것, 또는 말단부(220)의 표면 온도를 중심부(210)의 표면 온도 보다 높게 발현시키는 것일 수 있다.
상기 가열 부재가 중심부(210) 및 말단부(220)에 동일한 온도를 가하는 경우, 말단부(220)의 소재가 중심부(210)의 소재 보다 열 전도도가 높으므로, 말단부(220)의 표면 온도는 중심부(210)의 표면 온도 보다 높게 발현될 수 있다. 이 경우, 전극 조립체 합지 롤러(200)에는 1개의 가열 부재가 포함되는 것일 수 있다. 그에 따라 전극 조립체 합지 롤러(200)에 열분포도가 선형적으로 분포되어, 전극 조립체의 위치 별로 표면 온도의 차이가 급격하게 발생하지 않아 이로 인한 전극 조립체의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 상기 말단부(220)의 소재와 중심부(210)의 소재는 동일한 것일 수 있다.
상기 말단부(220)의 소재와 중심부(210)의 소재가 동일한 소재이면, 가열 부재는 말단부(220)의 표면 온도를 중심부(210)의 표면 온도 보다 높게 발현시키는 것일 수 있다.
상기 가열 부재가 말단부(220)의 표면 온도를 중심부(210)의 표면 온도 보다 높게 발현시키는 것일 경우, 말단부(220) 및 중심부(210) 내부에는 서로 상이한 발열량을 갖는 가열 부재가 사용되는 것일 수 있다. 즉, 말단부(220)의 내부에 포함된 가열 부재가 중심부(210)의 내부에 포함된 가열 부재 보다 발열량이 높은 형태일 수 있다.
이 경우, 발열량이 상이한 복수의 가열 부재를 사용하거나, 하나의 가열 부재로서 말단부(220) 및 중심부(210)의 위치에 따라 서로 다른 발열량을 제공하는 가열 부재가 사용될 수 있다. 그러나 상기 경우에는 전극 조립체 합지 롤러(200) 내부에 복수의 가열 부재를 삽입할 공간이 부족할 수 있다. 상기 복수의 가열 부재를 삽입하기 위해서는 말단부(220) 및 중심부(210) 내부에 충분한 공간을 확보해야 하며, 이를 위하여 말단부(220) 및 중심부(210)의 내부 빈 공간을 확장해야 한다. 빈 공간이 증가함에 따라, 합지 롤러(200)의 무게는 감소하며, 그로 인하여 전극과 분리막에 가해지는 압력이 감소하여 전극과 분리막의 합지가 이루어지지 않을 수 있다. 또한, 제조가 복잡한 문제가 있으며, 전극 조립체의 중앙부와 양 끝단에 가해지는 급격한 온도 차이로 인하여 전극 조립체에 손상이 발생할 수 있다.
따라서, 전극 조립체 합지 롤러(200)는 말단부(220)의 소재와 중심부(210)의 소재는 서로 상이하며, 상기 말단부(220)의 소재는 중심부(210)의 소재 보다 열 전도도가 높으며, 상기 가열 부재는 상기 중심부(210) 및 말단부(220)에 동일한 온도의 열을 가하는 것이 가장 바람직할 수 있다.
상기 가열부재는 카트리지 삽입형 히터, 시즈(sheath) 히터 또는 유도가열 히터일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 시즈 히터는 내부 코어(core)에 코일(coil)을 감아 복사열로 외통을 가열하는 것으로, 예를 들어 가열부재로 상기 시즈 히터를 사용할 경우, 중심부(210) 및 말단부(220)의 영역에 코일을 감는 횟수를 서로 상이하게 하여 중심부(210) 및 말단부(220)의 표면에 발현되는 온도를 서로 상이하게 조절할 수 있다.
상기 전극 조립체는 1개의 전극과 1개의 분리막으로 구성되는 싱글셀(single cell), 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재되는 형태의 모노셀(mono-cell), 또는 인접 전극의 극성이 상이한 3개의 전극들 사이에 2개의 분리막이 각각 개재되는 형태의 바이셀(bi-cell)일 수 있고, 상기 모노셀 및 바이셀은 전극들 사이에 개재된 분리막과 대면하지 않는 전극의 타면에 분리막이 더 추가되는 형태를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 바이셀은 양극/분리막/음극/분리막/양극의 단위셀 및 음극/분리막/양극/분리막/음극의 단위셀과 같이 최외곽 전극에 동일한 전극이 위치하는 셀이다. 양극/분리막/음극/분리막/양극 구조의 단위셀을 "A형 바이셀"로 정의하고, 음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 단위셀을 "C형 바이셀"로 정의한다. 즉, 바이셀의 중심에 위치하는 전극이 음극인 셀을 A형 바이셀이라 하고, 양극인 셀을 C형 바이셀이라 한다.
상기 전극 조립체는 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니나, 바람직하게는 바이셀일 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체는 탭을 포함하며, 보다 자세하게는 양극은 양극 탭을 포함하고, 상기 음극은 음극 탭을 포함할 수 있다.
상기 합지 롤러(200)의 길이는 탭을 제외한 전극 조립체의 전장 방향 길이에 상응하는 길이를 가질 수 있다.
구체적으로, 합지 롤러(200)의 길이는 탭을 제외한 전극 조립체의 전장 방향 길이와 동일하거나, 탭을 제외한 전극 조립체의 전장 방향 길이 대비 1 내지 1.1배, 바람직하게는 1: 1.05배일 수 있다.
또한, 상기 중심부(210) 대비 말단부(220)의 길이 비율은 2:1 내지 5:1일 수 있다.
상기 전극 조립체에서, 전폭 방향 양 끝단의 두께는 중심부의 두께 보다 얇으며, 상기 전폭 방향 양 끝단에서 접착력 저하의 문제가 발생하는 바, 이를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 합지 롤러(200)는 전극 조립체의 전폭 방향으로 피딩되는 분리막 및 전극을 가압 및 가열하는 것일 수 있다.
상기 분리막 및 전극을 전폭 방향으로 피딩하므로, 합지 롤러(200)의 말단부는 분리막 및 전극의 전폭 방향 양 끝단과 접촉하고, 이를 가열 및 가압함에 따라 전폭 방향 양 끝단에서 발생하는 접착력 저하 문제를 개선할 수 있다.
종래의 전극 조립체 합지 롤러는 전극 조립체의 중심부 접착력 대비 전폭 방향 양 끝단의 접착력이 70 내지 80%이었다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 합지 롤러(200)는 전극 조립체의 중심부 접착력 대비 전폭 방향 양 끝단의 접착력은 85 내지 95%일 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 합지 롤러(200)는 전극 조립체의 전폭 방향 양 끝단의 접착력을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 합지 롤러(200)는 상부 합지 롤러 및 하부 합지 롤러를 포함하는 한 쌍으로 이루어진 것일 수 있으며, 상기 합지 롤러는 한 쌍 이상일 수 있다.
예를 들어, 상기 합지 롤러(200)는 두 쌍 이상으로 구성될 수 있으며, 전극 및 분리막이 가장 먼저 통과하는 제1 합지 롤러부터 순차적으로 배치되는 제n 합지 롤러까지 n개의 합지 롤러(200)가 배치될 수 있다.
또한, 상기 합지 롤러(200)는 전극 및 분리막을 가압 및 가열하는 시간을 설정할 수 있으며, 회전 속도의 조절도 가능한 형태일 수 있다.
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
<전극 조립체 합지 롤러의 제조>
실시예 1.
합지 롤러의 길이 방향을 기준으로 중심부 및 상기 중심부의 양 끝단에 위치하는 말단부를 포함하는 합지 롤러를 제조하였다.
상기 중심부의 소재는 S15CK이며, 말단부의 소재는 S45C로 제조하였으며, 가열부재는 카트리지 삽입형 히터를 사용하였다.
이 때, 중심부 및 각 말단부의 길이 비율은 3:1이었으며, 중심부에 발현되는 표면 온도는 60℃, 말단부에 발현되는 표면 온도는 80℃이었다.
비교예 1.
중심부 및 말단부의 소재가 S45C이며, 가열부재는 카트리지 삽입형 히터이며, 중심부 및 말단부의 표면 온도가 80℃로 발현되는 전극 조립체 합지 롤러를 제조하였다.
실험예 1. 전극 조립체의 접착력 측정
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 전극 조립체 합지 롤러를 사용하여 전극 및 분리막을 합지하여 각각의 전극 조립체를 제조하였다.
이 때, 상기 전극 조립체의 전장 방향 길이는 실시예 1 및 비교예 1의 전극 조립체 합지 롤러의 길이와 동일하였다. 또한, 분리막 및 전극은 이들의 전폭 방향으로 피딩되었으며, 이를 상기 실시예 1 및 비교예 1의 합지 롤러가 가열 및 가압하여 합지하여 각각의 전극 조립체를 제조하였다.
상기 제조된 전극 조립체의 중심부, 전폭 방향 양 끝단의 접착력을 측정하였으며, 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(단위 : gf/20mm)
제1 끝단 중심부 제2 끝단
실시예 1 22.3 24.781 22.3
비교예 1 19.165 24.781 19.902
상기 비교예 1의 합지 롤러로 전극 조립체를 제조하였을 때, 양 끝단의 접착력은 중심부 대비 약 77 및 80%의 접착력을 보였다.
그러나 실시예 1의 합지 롤러로 전극 조립체를 제조하였을 경우, 양 끝단의 접착력은 중심부 대비 약 90%의 접착력을 보였다.
이로부터 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 합지 롤러는 전극 조립체의 전폭 방향 양 끝단의 접착력을 개선시킬 수 있음을 알 수 있다.
[부호의 설명]
110 : 분리막롤 111 : 분리막 시트
120 : 전극롤 121 : 전극
130 : 가열 및 가압 구간 140, 200 : 합지 롤러
151 : 전극 조립체 210 : 중심부
220 : 말단부

Claims (14)

  1. 전극과 분리막을 합지하는 전극 조립체 합지 롤러로서,
    상기 합지 롤러는 길이 방향을 기준으로 중심부; 및 상기 중심부의 양 끝단에 위치하는 말단부;를 포함하며,
    상기 합지 롤러는 내부에 가열부재를 포함하며,
    상기 말단부의 표면 온도는 중심부의 표면 온도 보다 높게 발현되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 합지 롤러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 합지 롤러의 길이는 탭을 제외한 전극 조립체의 전장 방향 길이에 상응하는 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 합지 롤러.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 말단부의 표면 온도는 중심부의 표면 온도 보다 10 내지 30℃ 높게 발현되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 합지 롤러.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 말단부의 표면 온도는 60 내지 80℃로 발현되며, 중심부의 표면 온도는 40 내지 60℃로 발현되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 합지 롤러.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 중심부 및 말단부의 소재는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 전극 조립체 합지 롤러.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 말단부의 소재는 중심부의 소재 보다 열 전도도가 높은 것을 특징으로 하는 전극 조립체 합지 롤러.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가열 부재는 상기 중심부 및 말단부에 동일한 온도의 열을 가하는 것, 또는
    상기 합지 롤러 말단부의 표면 온도를 중심부의 표면 온도 보다 높게 발현시키는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 합지 롤러.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 중심부 및 말단부의 소재는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 전극 조립체 합지 롤러.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가열 부재는 상기 합지 롤러 말단부의 표면 온도를 중심부의 표면 온도 보다 높게 발현시키는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 합지 롤러.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 중심부 대비 각 말단부의 길이 비율은 2:1 내지 5:1인 것을 특징으로 하는 전극 조립체 합지 롤러.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 합지 롤러는 전극 조립체의 전폭 방향으로 피딩되는 분리막 및 전극을 가압 및 가열하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 합지 롤러.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 바이셀인 것을 특징으로 하는 전극 조립체 합지 롤러.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 합지 롤러는 상부 합지 롤러 및 하부 합지 롤러를 포함하는 한 쌍으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극 조립체 합지 롤러.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 합지 롤러는 한 쌍 이상인 것을 특징으로 하는 전극 조립체 합지 롤러.
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